老挝南欧江六级水电站大坝土工膜面板水下检查

张冀

（中国电建集团海外投资有限公司，北京，100048）

1 工程概况

南欧江六级水电站位于老挝丰沙里省境内，是南欧江河流规划中第六个梯级。工程开发任务以发电为主，水库正常蓄水位510 m，相应库容4.09×108m3，死水位490 m，死库容1.63×108m3，调节库容2.46×108m3，具有季调节性能。电站装机容量180 MW，多年平均发电量6.57 亿kWh。电站于2015年10月8日下闸蓄水，2016年4月全部机组投产发电，同年12月竣工验收。

工程主要建筑物包括复合土工膜面板堆石坝、左岸引水系统及地面厂房、右岸溢洪道、放空洞工程等。工程等别为二等，工程规模为大（2）型，主要建筑物（挡水、泄洪和引水发电建筑物）级别为2级，次要建筑物级别为3级。

复合土工膜面板堆石坝坝高85 m，坝顶长362 m，大坝为软岩筑坝，软岩填筑比例达81%，为已建世界最高土工膜面板堆石坝，也是软岩填筑比例最大的面板堆石坝。

2 大坝结构特性及土工膜修补情况

2.1 大坝结构特性

（1）坝体从上游到下游分区为复合土工膜防渗体、垫层区、过渡区、板岩主堆石区、下游次堆石区。大坝除底部排水区、垫层料和过渡料采用砂岩外，主、次堆石区利用板岩作为堆石料，板岩强度低、软化系数高且易崩解。

（2）延伸至两岸的坝基防渗帷幕、坝体趾板及复合土工膜联合形成完整的大坝防渗系统。坝体垫层、过渡料和底部排水区形成L 型排水体，以保证软岩填筑区能够相对干燥，从而达到全断面利用板岩作为堆石料的分区方式。

（3）复合土工膜（3.5 mmPVC+700 g 土工布）直接铺设于混凝土挤压边墙上部，膜上未设保护。其优点是其拉伸性能和柔软性较好，能适应大坝较大的变形，易于铺设、安装及焊接；缺点是属易燃、易穿刺物品[1]。

2.2 土工膜修补情况

施工期土工膜由于滚石等原因出现了多处损坏，分别进行了两次全面排查及修补。蓄水前，大坝沉降造成挤压边墙错动变形，在坝高1/3～2/3间土工膜出现多处局部鼓包、凹陷。为防止蓄水后挤压边墙鼓胀或破碎部位处的土工膜应力集中，影响使用寿命，对全部变形部位进行了处理，具体方法为：切开土工膜，清理变形凸起的挤压边墙混凝土，用新混凝土回填抹平，然后重新补焊[2]。

大坝蓄水运行后，每年6月份在水库水位降至死水位时，对死水位490 m以上的土工膜进行人工检查，其中在2016 年、2017 年发现了几处局部破损，并进行了补焊处理。

3 土工膜水下检查的必要性

3.1 大坝渗流情况

为了监测大坝渗漏情况，在下游坝坡坡脚设置1 座量水堰，监测坝体和坝基渗流量。大坝渗流量与库水位相关性较强，蓄水后大坝渗流量增加较快，当水位蓄至498 m高程时，渗流量最大达5 929 m3/d，之后渗流量极值、年均值逐年呈缓慢减小的趋势，当前在正常蓄水位510 m高程时，渗流量为2 000 m3/d左右，小于设计允许值3 211 m3/d。

图1 大坝渗流量与库水位过程线Fig.1 Graph of the dam seepage and reservoir water level

3.2 土工膜水下检查的必要性

土工膜作为大坝的防渗面板，若土工膜出现孔洞、发生渗漏，将导致大坝堆石料板岩软化、强度降低、影响大坝运行安全。

大坝蓄水运行4 年来，考虑到土工膜的脆弱性，为了解死水位490 m以下土工膜可能存在的缺陷及异常，为全面掌握大坝土工膜防渗系统的运行状态，进行土工膜水下检查是非常必要的。

4 土工膜水下检查方法

（1）采用单波束测深技术，探测土工膜最底部往上游5 m范围内的水下地形，获取水下地形现状数据，同时对比设计资料，分析土工膜及底部坡脚的淤积情况。

（2）采用侧扫声呐对土工膜水下部分进行全覆盖扫描，获取土工膜的声学影像信息，分析土工膜是否存在较大规模的破损或变形。

（3）采用水下无人潜航器（简称ROV）搭载高清摄像头、侧扫声呐图像、示踪剂墨盒对土工膜及土工膜与趾板连接部位进行详查，分析土工膜或接缝缝口是否存在破损、变形、渗漏等缺陷。

4.1 单波束水下地形测量

单波束测深系统以小船为载体，在探测区域内沿近坝轴方向的任意轨迹进行深度信息的单点采集，测线布置见图2。单波束测深时，采用GPSRTK技术提供定位参数。

图2 单波束探测测线布置图Fig.2 Plan of the survey lines for single beam bathymetry

4.2 侧扫声呐水下普查

利用小船作为侧扫声呐的搭载平台，在探测区域内沿平行坝轴方向的测线进行侧扫声呐探测，现场根据水深情况实时调整测线间距和探测宽度，确保两相邻测线的水下扫描区域有一定的重叠，最终完成探测区域内水底全覆盖扫描。侧扫声呐探测时，同样采用GPS-RTK 技术提供定位参数。侧扫声呐测线布置见图3。

图3 侧扫声呐探测测线布置图Fig.3 Plan of the survey lines for side scan sonar

侧扫声呐数据处理采用Ocean Tech Side-Scan Sonar 处理软件，通过数据回放处理形成水底声呐图像。观察侧扫声呐图像，识别并截取探测目标的图像，确定目标体的相对位置和尺寸。

4.3 ROV水下详查

4.3.1 测线布置

先对土工膜进行编号，从右岸往左岸通过土工膜接缝将土工膜分成竖直方向190 块，并依次编号。ROV 水下检查测线以水平测线为主，利用ROV的定深功能，从水面至水底，每间隔0.5 m布置1 条水平检查测线，对趾板布置深度方向的纵向测线进行详查，测线布置见图4。此外对侧扫声呐发现的异常区域进行局部详查和确认。

图4 ROV水下详查测线布置图Fig.4 Plan of the survey lines for underwater inspection by ROV

4.3.2 定位方式

ROV 水下检查时，根据现场情况进行ROV 的水下定位：

（1）水平测线检查时，ROV 从某个已知编号的土工膜接缝入水，到达指定深度后进行水平测线检查，通过数ROV 经过的接缝数量来判断ROV 所在的位置。

（2）当土工膜接缝被泥沙覆盖难以识别时，通过侧扫声呐图像识别事先从拦漂索上已知位置下放的标识物的相对位置来反算ROV在水下的位置。

（3）水下检查时，记录库水位，并将ROV 上携带的水深计数值换算成ROV 的高程数值，为ROV提供高程上的定位。

5 水下检查成果及分析

5.1 淤积检查成果及分析

通过单波束测深获取水下地形数据，绘制1∶500水下地形图，提取典型断面同设计断面进行对比，分析土工膜及底部坡脚的淤积情况，并结合水底声呐图像和ROV 水下摄像进行综合分析。坝面淤积情况如下：

（1）土工膜上泥沙覆盖厚度随水深增加而逐渐增加，在高程470 m 附近，泥沙覆盖厚度1 m 左右，坝趾底部高程430 m附近，泥沙覆盖厚度约3 m左右。

（2）通过ROV 摄像验证，土工膜普遍存在泥沙覆盖的现象，高程482～490 m范围内泥沙覆盖厚度在1 cm 以内，局部可见土工膜出露；高程482 m 以下泥沙覆盖厚度增加，未见土工膜及其接缝。

5.2 土工膜水下检查成果及分析

5.2.1 普查成果

通过对土工膜及趾板区侧扫声呐数据的处理分析，形成水底声呐图像，见图5。分析图5 发现，左、右岸两侧预留变形槽高程465 m以下基本被泥沙淤平，并在土工膜铺设范围内发现4 处凸起异常。利用ROV 搭载高清摄像头对该4 处凸起异常进行确认，异常部位有木头堆积，见图6。

图5 土工膜面板及趾板侧扫声呐成果图Fig.5 Result of inspection of geomembrane face and toe slab by side scan sonar

图6 土工膜面板木头堆积ROV摄像成果图Fig.6 Images of wood pile-up on geomembrane face by ROV

5.2.2 详查成果

利用ROV 搭载高清摄像头、示踪墨盒以测线的形式对土工膜进行详查，发现土工膜表面局部有鼓包、凹陷现象，但未见破损、渗漏等情况。土工膜鼓包、凹陷典型图像见图7，具体检查结果如下：

图7 土工膜面板鼓包、凹陷典型图像Fig.7 Typical image of bulge and pit of geomembrane face

（1）土工膜表面共发现6 处鼓包，鼓包大小在10 cm以内，鼓包高度在2 cm以内。

（2）土工膜表面共发现46处凹陷，凹陷基本均成水平条带状，大部分长度在1 m以内，宽度在10 cm左右，深度在1 cm以内。

（3）在土工膜编号为120～121 号、高程480.5 m区域发现多个泥沙淤积形成的孔洞，经喷墨测试均未见吸墨现象，分析该类孔洞可能由水生生物或流水侵蚀形成。

（4）在右岸伸缩缝靠近趾板侧、488.4 m高程发现一处土工膜接缝异常情况，经喷墨测试未见吸墨现象，查阅施工资料，该部位为土工膜正常接缝搭接部位。

（5）在右岸趾板靠近溢洪道侧、488.9 m 高程发现一处混凝土表面破损，经喷墨测试未见吸墨现象。

（6）土工膜与左、右岸趾板连接处未见破损，不锈钢压条和锚固螺栓正常。

6 结语

采用单波束测深、侧扫声呐和ROV 等多种方法对南欧江六级水电站大坝土工膜面板进行综合检查，基本查明土工膜面板及土工膜与趾板连接处的整体情况，发现面板有多处鼓包、凹陷和木头堆积。根据检查结果，有下述几点结论和认识：

（1）大坝土工膜面板整体情况良好，没有出现明显的破损和渗漏情况，土工膜与趾板连接部位接缝基本完好。

（2）土工膜表面普遍存在泥沙覆盖的现象，随着水深增加，泥沙淤积厚度增加，为土工膜增加了一层天然保护层、铺盖及盖重料，提高了土工膜防渗体的安全性，但对土工膜检查补修不利。

（3）土工膜表面有木头堆积的现象，说明浮桶式拦漂索拦漂效果欠佳，应对拦漂索进行改进，防止木头从浮桶下穿过直达坝前，对土工膜造成损伤。

（4）土工膜表面存在较多鼓包、凹陷等变形情况，结合坝内水管式沉降仪监测成果分析，属蓄水后坝轴线上游坝体沉降变形引起的，后期仍应对此加以关注，观察鼓包、凹陷随时间推移的变化情况。

（5）大坝渗流量随时间呈减少趋势，可能与上游坝面及坝趾的淤积物有关。